PRA RENCANA PABRIK
PABRIK ASAM SULFAT
DENGAN PROSES DOUBLE CONTACT ABSORBER
Disusun Oleh :
WINDA MEI DARWATI
(0831010050)
JURUSAN TEKNIK KIMIA
FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI
UNIVERSITAS PEMBANGUNAN NASIONAL ”VETERAN”
JAWA TIMUR
LEMBAR PENGESAHAN
PRA RENCANA PABRIK
PABRIK ASAM SULFAT
DENGAN PROSES DOUBLECONTACT ABSORBER
Oleh :
WINDA MEI DARWATI 0831010050
Telah Diterima dan Disetujui untuk Diseminarkan
Mengetahui,
Dosen Pembimbing
Ir. Siswanto
PRA RENCANA PABRIK
PABRIK ASAM SULFAT
DENGAN PROSES DOUBLE CONTACT ABSORBER
Disusun Oleh
Winda Mei Darwati NPM. 0831010050
Telah Dipertahan Dihadapan Dan Diterima Oleh Tim Penguji Pada Tanggal 15 Juni 2012
Tim Penguji, Pembimbing
1.
Ir. Sani. MT Ir. Siswanto
NIP. 19630412 199103 2 001 NIP. 19541212 198303 1 001
2.
Ir. C Pujiastuti. MT NIP. 19630305 198803 2 001
3.
Ir. I Wayan Warsa NIP. 19500515 198503 1 001
Mengetahui,
Dekan Fakultas Teknologi Industri
Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur
KATA PENGANTAR
Dengan mengucapkan puji syukur kehadirat Allah SWT yang telah melimpahkan karunia beserta rahmat-Nya kepada kita semua, sehingga saya diberikan kekuatan dan kelancaran dalam menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “ PABRIK ASAM SULFAT DENGAN PROSES DOUBLE CONTACT ABSORBER ”.
Adapun penyusunan Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus ditempuh dalam kurikulum program studi S-1 Teknik Kimia dan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Kimia di Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur, Surabaya.
Tugas akhir yang saya susun atas kerjasama dan berkat bantuan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini kami mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Ir. Sutiyono. MT, selaku Dekan Fakultas Teknologi Industri Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur.
2. Ibu Ir. Retno Dewati. MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Kimia Universitas Pembangunan Nasional “Veteran” Jawa Timur. 3. Bapak Ir. Siswanto, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 4. Ibu Ir. Cecilia. MT, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir. 5. Ibu Ir. Sani. MT, selaku Dosen Penguji Tugas Akhir.
6. Bapak Ir. I Wayan Warsa selaku Dosen Penguji Tugas Akhir.
8. Kedua orang tua yang telah memberikan dukungan moril dan material dalam pelaksanaan dan penyusunan Tugas Akhir.
9. Teman-teman semua yang telah memberikan semangat dalam menyusun Tugas Akhir.
Sebagai akhir kata, penyusun mengharapkan semoga Tugas Akhir yang telah disusun ini dapat bermanfaat bagi kita semua, khususnya bagi mahasiswa Fakultas Teknologi Industri, Jurusan Teknik Kimia, Universitas Pembangunan Jawa Timur.
Surabaya, 28 Juni 2012
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ... i
KATA PENGANTAR ... ii
INTISARI ... iii
DAFTAR ISI ... vi BAB I PENDAHULUAN ...I-1 BAB II SELEKSI DAN URAIAN PROSES...II-1 BAB III NERACA MASSA ...III-1 BAB IV NERACA PANAS ...IV-1 BAB V SPESIFIKASI PERALATAN ...V-1 BAB VI PERANCANGAN ALAT UTAMA ...VI-1 BAB VII INSTRUMENTASI DAN KESELAMATAN KERJA ...VII-1 BAB VIII UTILITAS ...VIII-1 BAB IX LOKASI DAN TATA LETAK ...IX-1 BAB X ORGANISASI PERUSAHAAN ...X-1 BAB XI ANALISA EKONOMI ...XI-1 BAB XII DISKUSI DAN KESIMPULAN ...XII-I DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR TABEL
VIII.2.1 Baku mutu air baku harian VIII – 7
VIII.2.4 Karakteristik air pendingin dan air umpan boiler VIII – 9
VIII. 4.1 Kebutuhan listrik untuk peralatan proses dan utilitas VIII – 61 VIII.4.2 Kebutuhan listrik Ruang Pabrik dan Daerah Pabrik VIII – 63
IX.1 Pembagian Luas Pabrik IX – 6
X.1 Jadwal kerja masing-masing regu X – 8
X.2 Perincian Jumlah Tenaga X – 10
XI.4.a Hubungan kapasitas produksi dan biaya produksi total XI – 8
XI.4.b Hubungan anatar tahun konstruksi dengan modal sendiri XI – 8
XI.4.c Hubungan antara tahun konstruksi dengan modal pinjaman XI – 8
XI.4.d Tabel Cash Flow XI – 10
XI.4.2 Payout Periode XI – 13
INTISARI
Perencanaa Pabrik Asam Sulfat dengan Proses Double Contact Absorber ini di rencanakan untuk kapasitas produksi asam sulfat 98% sebesar 120.000 ton/tahun.
Pabrik ini di rencanakan beroperasi selama 300 hari/tahun dengan data-data sebagai berikut :
Kapasitas produksi : 120.000 ton/tahun Bahan yang di gunakan : Sulfur
Sistem operasi : Kontinyu Waktu operasi :300 hari/tahun
Lokasi : PIER Pasuruan, Jawa Timur Luas tanah : 20.000 m3
Jumlah karyawan : 147 orang
Bentuk perusahaan : Perseroan Terbatas (PT) Struktur organisasi : Garis dan staff
FCI : Rp. 201.304.990.078 WCI : Rp. 44.696.455.152 Laju pengembalian modal : 33,40 % per tahun
Pay out periode : 4,25 tahun
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-1
BAB I
PENDAHULUAN
Dalam perkembangan industri di Indonesia yang semakin pesat terutama industri yang menggunakan bahan kimia, maka diperlukan bahan penunjang yang dapat memperlancar jalannya proses industri tersebut. Bahan penunjang yang banyak digunakan adalah asam sulfat. Sampai saat ini asam sulfat masih tetap merupakan standart tingkat kemajuan industri suatu negara.
I.1 Perkembangan Industri Asam Sulfat
Asam sulfat merupakan bahan yang penting untuk industri. Pembuatan asam sulfat pada abad 18 sampai abad 19 masih menggunakan Chamber process, dimana oksidasi nitrogen sebagai katalis homogen untuk oksidasi sulfur dioksida. Produk yang dihasilkan dari poses ini mempunyai kadar konsentrasi rendah, yaitu 78% asam sulfat dan kurang bisa digunakan untuk proses industri pada umumnya.
Sebelum abad 20, Chamber process diganti dengan Contact process. Penggunaan contact process dilakukan karena banyak proses industri yang memerlukan asam sulfat dengan konsentrasi tinggi untuk pembuatan zat warna sintetik dan bahan kimia anorganik lainnya. Pada abad 19, contact process pertama kali dijalankan dengan menggunakan katalis platinum dan dikembangkan saat sebelum Perang Dunia I untuk membuat campuran asam sulfat dengan asam nitrat sebagai bahan peledak.
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-2
menggunakan pyrite sebagai sumber sulfur dioksida. Diantara tahun 1898 sampai tahun 1902, dimana dikenal dengan dengan Manheim process, digunakan peralatan converter dengan stage I diisi dengan ferri oksida dan diikuti dengan pengisian platinum di stage terakhir. Sedangkan pada Scroder Grillo Process, menggunakan platinum yang mengandung sulfat sebagai katalis. Tahun 1915, ditemukan katalis yang efektif untuk contact process, yang dikembangkan oleh Badische (Jerman), yaitu vanadium. Katalis ini
digunakan tahun 1926 di Amerika dan menggantikan katalis platinum. (Shreve, 1973)
I.2 Pembuatan
Pembuatan asam sulfat terdiri dari 2 macam cara, yaitu : a. Chamber Process.
b. Contact Process.
Pada Chamber Process terdapat 3 peralatan utama, yaitu Gay Lussac Tower, Glover Tower dan Lead Chamber. Gas SO2 masuk menuju Glover Tower bersamaan dengan nitrogen oksida, kemudian keluar menuju Lead Chamber I. II dan III. Akhirnya, menuju ke Gay Lussac Tower. Hasil yang didapat dikembalikan lagi ke Glover Tower, didinginkan dan dihasilkan produk asam sulfat dengan konsetrasi 65% sampai 80%.
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-3
dan bereaksi dengan air membentuk asam sulfat. Pada Contact Proces, produk asam sulfat yang dihasilkan mempunyai konsentrasi yang lebih tinggi, yaitu asam sulfat dengan konsentrasi 98%. (Shreve, 1973)
I.3 Penggunaan
Asam Sulfat sering digunakan dalam industri pupuk buatan, khususnya Ammonium Sulfat dengan super fosfat. Dalam skala besar juga digunakan dalam pembuatan pigmen, khususnya barium sulfat dan titanium dioksida. Pembuatan detergen, bahan pewarna, obat-obatan serta plastik. Asam sulfat juga digunakan untuk memisahkan hidrokarbon, untuk menghilangkan lapisan film zat asam dari besi atau baja sebelum proses pelapisan, pengecatan, mengisi aki atau baterai, dan pembuatan sutera sintetik.
http://www.pacia.org.au/_uploaditems/docs/3.sulphuric_acid.pdf
I.4 Aspek Ekonomi
Kebutuhan Asam Sulfat di Indonesia semakin meningkat sejalan dengan semakin berkembangnya industri di Indonesia. Hal ini dapat dilihat pada tabel 1.1 berikut ini:
Tabel 1.1 Kebutuhan Asam Sulfat di Indonesia
Tahun Kapasitas Produksi (ton/th)
2004 51.297
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-4
Berdasarkan tabel diatas, dapat dibuat grafik hubungan antara kebutuhan produk dengan tahun produksi.
Dari grafik di atas, dengan metode regresi linier maka diperoleh persamaan untuk mencari kebutuhan pada tahun tertentu dengan persamaan :
y = 17994x + 39350
Keterangan : y = Kebutuhan Asam Sulfat (ton/tahun) x = Tahun 2014 (tahun ke 11)
Pabrik Asam Sulfat ini direncanakan beroperasi pada tahun 2014 sehingga untuk mencari kebutuhan pada tahun 2014, maka x = 11.
Kebutuhan pada tahun 2014 : y = (17994 x 11) + 39350 = 237.284 ton/th
Untuk kapasitas produksi pabrik, diambil asumsi 50% dari kebutuhan Asam sulfat pada tahun 2014, sehingga kapasitas pabrik = 50% x 237.284 ton/th =
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-5
I.5 Sifat-sifat bahan baku
A. Sulfur - Spesifik gravity : 2,046 gr/cm3
- Titik leleh : 112,8 oC - Titik didih : 444,6oC - Tidak larut dalam air
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-6
- Kelarutan dalam 100 bagian air : 2,28 cc pada air 0oC - Tidak larut dalam air
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-7
- Spesifik gravity : 1, 140 gr/cm3 (pada 188,0oC) - Titik leleh : -218,4oC
- Titik didih : -183,0oC - Kelarutan dalam 100 bagian air :
4,89 cc pada air 0oC 2,60 cc pada air 30oC 1,70 cc pada air 100oC - Larut dalam alcohol 95% E. Air
a. Sifat Fisika
- Rumus molekul : H2O - Berat molekul : 18,016
- Warna : tidak berwarna
- Bentuk : cair (pada suhu kamar) - Spesifik gravity : 1 gr/cm3 (pada suhu 4oC) : 0,915 gr/cm3 (pada suhu 0oC) - Titik leleh : 0oC
- Titik didih : 100oC
- Larut dalam alcohol 95% dalam segala perbandingan b. Sifat Kimia
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-8 - Kelarutan dalam 100 bagian air :
0,8 cc pada air 30oC
- Larut pada alkali seperti NaOH dan KOH - Tidak dalam alcohol 95%
G. Asam Sulfat a. Sifat Fisika
- Rumus molekul : H2SO4 - Berat molekul : 98,08
- Warna : tidak berwarna - Bersifat korosif, terutama pada konsentrasi tinggi - Dapat menimbulkan luka baker bila kontak dengan kulit - Bentuk : cair (pada suhu kamar) - Mudah menguap
Pendahuluan
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
I-9
- Titik leleh : 10,49oC - Titik didih : 340oC - Larut dalam air pada segala perbandingan - Larut dalam alcohol 95%
b. Sifat Kimia
- Hof : -193,90548 kcal/mole
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-1
BAB II
URAIAN DAN SELEKSI PROSES
II.1 Macam Proses
Pada dasarnya, asam sulfat dibuat dengan 2 macam proses, yaitu : Chamber Process
Contact Process
Kedua proses diatas menggunakan bahan baku sulfur, serta mempunyai prinsip pembuatan yang hampir sama, yaitu pembuatan gas sulfur dioksida, mengubah sulfur dioksida menjadi sulfur trioksida dengan penambahan oksigen berlebih dengan bantuan katalis, kemudian mereaksikan sulfur trioksida dengan air membentuk asam sulfat.
Pada Contact Process terdapat 2 macam cara :
o Single Contact Absorber
Yaitu proses kontak yang hanya menggunakan sebuah absorber. Gas sulfur trioksida yang keluar dari converter, langsung didinginkan di economizer, kemudian dilewatkan absorber dan keluar produk asam sulfat.
o Double Contact Absorber
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-2
II.1.1 Chamber Process
Proses ini hampir tidak dipergunakan lagi karena kapasitasnya yang kecil dan hanya dapat memproduksi asam sulfat dengan kadar rendah (65% - 80%).
Jalannya proses :
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-3
II.1.2 Contact Process
Pada proses kontak terdapat 2 macam cara, yaitu : a. Single Contact Absorber
Adalah proses kontak yang hanya menggunakan sebuah absorber untuk memproduksi asam sulfat dengan kadar 98% - 99,5%.
Jalannya proses :
Sulfur padat dicairkan dalam sulfur melter yang kemudian dipompa ke sulfur burner. Didalam sulfur burner terjadi pembakaran dengan udara panas yang didapat dari drying tower sehingga menghasilkan gas SO2. Gas SO2 yang dihasilkan kemudian didinginkan dengan heat waste boiler I sebelum masuk ke converter. Pada converter stage I, SO3 yang terbentuk didinginkan dengan cara dilewatkan heat waste boiler II, kemudian masuk ke converter stage II, lalu masuk ke converter stage III dan selanjutnya ke converter stage IV. Keluar dari converter stage IV gas SO3 didinginkan dengan economizer, kemudian dialirkan ke absorber. Didalam absorber terjadi reaksi absorbsi gas SO3 dengan air membentuk asam sulfat. Asam sulfat yang terbentuk didinginkan didalam acid cooler tank dan kemudian ditampung di acid storage tank sebagai produk dengan kandungan asam sulfat 98% - 99,5%.
b. Duoble Contact Absorber
Merupakan proses kontak dengan menggunakan dua buah absorber untuk menghasilkan asam sulfat dengan konsentrasi 98% - 99,5%.
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-4
Sulfur padat dicairkan didalam sulfur melter, kemudian dipompa ke sulfur burner. Didalam sulfur burner sulfur cair dibakar dengan udara kering dari drying tower sehingga terbentuk gas SO2. Gas SO2 didinginkan terlebih dahulu sebelum masuk converter. Konverter terdiri dari bed katalis, 3 bed merupakan konversi tingkat pertama dan bed ke 4 merupakan konversi tingkar ke 2. Setiap tingkat konversi (konversi tingkat pertama dan konversi tingkat kedua) masing masing mempunyai penyerap, yaitu absorber I dan absorber II. Sebelum masuk kedalam absorber gas SO3 didinginkan terlebih dahulu di economizer. Didalam absorber terjadi reaksi absorbsi gas SO3 dengan air membentuk asam sulfat. Asam sulfat yang terbentuk didinginkan dan kemudian ditampung di acid storage tank sebagai produk dengan kandungan asam sulfat 98% - 99,5%.
Flow Diagram Contact Process :
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-5
II.2 Pemilihan Proses
Proses pembuatan asam sulfat yang digunakan adalah proses kontak, yaitu double contact absorber, dengan pertimbangan sebagai berikut :
- Konversi pembentukan SO3 lebih besar dibandingkan proses chamber maupun single contact.
- Jumlah gas SO3 yang yang terserap atau terabsorbsi lebih banyak dibandingkan proses chamber maupun proses single contact.
- Asam sulfat yang dihasilkan mempunyai konsentrasi yang lebih pekat dibandingkan dengan proses chamber maupun proses single contact. - Jumlah asam sulfat yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan proses
chamber maupun proses single contact.
http://www.efma.org/publications/BAT%202000/Bat03/booklet3.pdf
II.3 Uraian Proses
Uraian proses pembuatan asam sulfat ini dibagi atas 5 seksi : 1. Seksi sulfur handling
Seksi sulfur handling bertugas mencairkan belerang sebelum direaksikan didalam furnace.
Proses :
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-6
meratakan panas. Temperatur didalam melter sekitar 140 oC sehingga sulfur dalam keadaan cair.
2. Seksi SO2 generation
Seksi SO2 generation bertugas mengubah sulfur cair menjadi gas SO2 dan memanfaatkan panas reaksi yang keluar.
Proses :
Sulfur cair dibakar dengan O2 didalam furnace (Q-210). Didalam furnace ini sulfur cair dispraykan dan direaksikan dengan oksigen menjadi gas SO2, dengan reaksi sebagai berikut :
S (l) + O2 (g) SO2 (g)
Reaksi yang terjadi adalah eksotermis, sehingga temperatur akan naik sampai 1050 oC. Gas SO2 yang keluar furnace didinginkan dengan waste heat boiler sampai suhu 430 oC sebagai gas inlet untuk converter bed I. 3. Seksi SO2 convertion
Seksi SO2 convertion bertugas mengkonversi gas SO2 menjadi gas SO3. Proses :
Converter terdiri dari bed katalis, 3 bed pertama merupakan konversi tingkat I dan bed ke 4 merupakan konversi tingkat II. Gas SO2 akan terkonversi menjadi gas SO3 dengan reaksi sebagai berikut :
SO2 (g) + ½ O2 (g) SO3 (g) -Bed I : 48,80% SO2 terkonversi menjadi SO3.
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-7
-Bed II : 77,60% SO2 terkonversi menjadi SO3.
Gas yang telah didinginkan di HE I (E-221) masuk ke converter bed II (R-220) pada suhu 430 oC dan keluar pada suhu 520 oC. Gas outlet didinginkan pada HE II (E-222) sampai suhu 430 oC.
-Bed III : 92,84% SO2 terkonversi menjadi SO3.
Gas yang telah didinginkan di HE II (E-222) masuk ke converter bed III (R-230) pada suhu 430 oC dan keluar pada suhu 478 oC. Sekitar 92,84% gas SO2 dikonversikan menjadi gas SO3 pada tiga bed tingkat I. Gas outlet didinginkan pada economizer I (E-223) sampai suhu 180 oC, sebelum masuk ke absorber I (D-230). Sisa gas keluar absorber sekitar 80 oC.
-Bed IV : 99,61% SO2 terkonversi menjadi SO3.
Setelah gas SO3 diserap dalam absorber I, sisa gas dengan suhu 80 oC melalui HE III (E-312) untuk dinaikkan suhunya menjadi 430 oC dan masuk ke bed IV (R-220) yang merupakan konversi tingkat II dalam proses double kontak ini. Gas outlet dengan suhu 457 oC didinginkan pada economizer II (E-225) sampai suhu 180 oC sebelum masuk ke absorber II (D-240).
4. Seksi SO3 absorbtion dan Air drying
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-8
Proses : Absorber I :
Gas SO3 dari economizer I masuk ke bagian bawah absorber I, sedangkan bagian atas absorber dispraykan air. Reaksi absorbsi diatas membentuk asam sulfat 99,5%, dengan reaksi sebagai berikut :
SO3 (g) + H2O (l) H2SO4 (l) Pada absorber I gas sisa di alirkan kembali ke converter IV. Absorber II :
Gas SO3 dari economizer II masuk ke bagian bawah absorber II, sedangkan bagian atas absorber dispraykan air. Reaksi absorbsi diatas membentuk asam sulfat 99,5%, dengan reaksi sebagai berikut :
SO3 (g) + H2O (l) H2SO4 (l)
Pada absorber II dilengkapi dengan stack (A-242) untuk mengalirkan sisa gas yang tidak terkonversi untuk dibuang ke atmosfer.
Air drying :
Uraian dan Seleksi Proses
Teknik Kimia UPN “Veteran” Jawa Timur
II-9
5. Seksi sulfuric acid storage
Seksi sulfuric acid storage bertugas untuk menyimpan dan mendistribusikan produk asam sulfat 98%.
http://www.efma.org/publications/BAT%202000/Bat03/booklet3.pdf